LA NUEVA MINERÍA SUBTERRÁNEA

Topos mecánicos, robots que disparan concreto, palas controladas en forma remota, escáneres láser para evaluar riesgos geológicos, camiones manejados a distancia y motores más eficientes y bajos en emisiones, forman parte de las innovaciones que la industria minera está incorporando en la construcción y operación de sus nuevas faenas subterráneas.

Por Alfredo Galleguillos C. 


Los yacimientos de cobre en Chile están envejeciendo. El progresivo agotamiento de las reservas en capas superficiales ha orientado las exploraciones geológicas a zonas más profundas de la corteza, donde se encuentra roca primaria, más dura que en los niveles superiores. Por lo tanto, su explotación resulta más compleja y onerosa.

Este es el caso por ejemplo de los principales proyectos estructurales de Codelco, denominados así porque permitirán a la estatal mantener sus niveles de producción y sus aportes al presupuesto nacional. “La situación actual es de mucha expectativa, principalmente porque los proyectos estructurales de Codelco han seguido adelante a pesar de la desaceleración que hay actualmente en el mercado”, señala Guido Bobadilla, Gerente de Equipos de Minería Subterránea de Sandvik Mining Chile.

Sin embargo, más allá de las señales desde la estatal el resto de los actores mineros han mantenido el statu quo de sus inversiones. “Hay muchas solicitudes de cotización de equipos con fines presupuestarios, pero una baja concreción de estos negocios”, precisa Guido Bobadilla.

Las causas de esta inacción son archiconocidas. La incertidumbre en los precios del metal rojo, escasez de mano de obra calificada, yacimientos con menores leyes y con alta complejidad para su extracción debido a la profundización de los yacimientos. A ello se suman las restricciones ambientales, escasez del recurso hídrico y mayores demandas de seguridad y salud ocupacional.

“Las compañías mineras están más ávidas de tecnologías que aporten a disminuir los costos”, subraya Marco Antonio Araya, Underground Mining Manager de Joy Global, empresa internacional especializada en la construcción y explotación de reservas. “En ese sentido, se generan oportunidades para equipos que demuestren  ser más eficientes y contribuyan a un menor costo por metro perforado o por tonelada transportada”, advierte.

Para enfrentar este desafío, en la gran minería del cobre -así como en varias divisiones de Codelco- se han desarrollado técnicas de explotación basadas en debilitamiento del macizo rocoso con el método de hundimiento por paneles. Una de ellas se conoce como hidrofracturamiento, tecnología adaptada de la industria del petróleo.

Consiste en generar una serie de roturas o fracturas artificiales en la roca, con la inyección de agua a alta presión mediante una perforación. Las fracturas pueden extenderse hasta 30 metros en forma radial y se complementa con una explosión controlada con detonadores electrónicos. Esto provoca nuevas microfracturas que se multiplican durante el hundimiento.

Para responder a la demanda por mayores velocidades de extracción, la minería bajo tierra incorpora las tuneladoras mecanizadas o Tunnel Boring Machine (TBM), las que excavan en forma continua y exenta de explosivos. Estas máquinas abren túneles con mayor rapidez y calidad, incluyendo la fase de fortificación con piezas prefabricadas.

En cuanto a los cruces de zanjas, una de las alternativas que empieza a imponerse son las Raise Boring. La técnica comprende el desarrollo vertical continuo y a sección completa de ductos entre calles y galerías principales de la operación.

En línea con el futuro

La proveedora de maquinaria Sandivik Mining Chile se ha enfocado en la automatización de la perforación a distintos niveles, desde recolectar datos, hasta la perforación completa de un frente de avance o de una parada de producción. “En el caso de los equipos de carguío y transporte, al igual que los equipos de perforación, cuentan con sistemas que monitorean constantemente sus signos vitales, como presiones, temperatura, saturación de filtros e inflado de neumáticos”, señala Guido Bobadilla, Gerente de Equipos de Minería Subterránea de esta firma.

Las innovaciones en estas líneas incluyen lecturas de datos de ubicación, productividad, administración de flota y programación de mantenimiento. Esta tecnología apunta a aumentar la productividad, la eficiencia y la seguridad de las personas y de las operaciones, señala el ejecutivo.

“Tenemos una flota de LHD’s semiautomatizados operando en Codelco División El Teniente que son capaces de transportar el mineral y descargarlo en piques de traspaso de manera totalmente autónoma y semiautónoma para el proceso de carguío, operados a distancia de cerca de 12 km desde  una sala de control fuera de la mina, ubicada en Colón”, comenta el representante de la marca europea.

Convencional y mecanizada

Una empresa que conoce del desempeño de equipos y maquinarias para minas subterráneas es la española Obras Subterráneas S.A. (OSSA), que desde 1952 participa en el sector a través de sus tres áreas de negocios: construcción, energía y minería. Adolfo Sicilia, Country Manager para el Pacífico Sur, comenta que en la región están hace cuatro años, pero han tenido un “crecimiento exponencial”.

“En Chile, el crecimiento ha sido importante, donde más hemos crecido, tanto en minería como en obras civiles”, señala. La minería representa cerca de 40% de las ventas, siendo la ampliación del tren metropolitano uno de sus principales hitos recientes. En sus métodos de excavación dominan las tecnologías avanzadas, incluyendo las convencionales tipo P&T (perforación y voladura) hasta las mecanizadas (Tunnel Boring Machine). En la última década OSSA ha liderado la ejecución de túneles ferroviarios de Alta Velocidad en España y participa en la construcción de la red de Alta Velocidad Hong Kong-Shangai, en China.

En nuestro país, pese al corto tiempo, ya participa en los proyectos más importantes de la minería local. Uno de ellos, aún en desarrollo, es la ampliación de División Andina, específicamente en el sector de Río Blanco. El alcance de este contrato se refiere a la construcción de las obras subterráneas del Proyecto Traspaso, cuyo objetivo es asegurar (e incluso aumentar) la producción de la mina hasta el año 2022.

En este caso, explican en el dosier de la empresa, las tareas comprenden la excavación y fortificación mediante perforación y voladura del Túnel Haulage III que conecta el Sector 3.500 con el Sector Planta Cordillera; túneles, galerías de acceso y ventilación, cavernas y chimeneas (mediante Raise Boring) en el Sector 3.500 y en el Sector planta Cordillera; y estocadas para refugios contra incendio y peatonales.

Para un total que supera los 11.000 m de túneles, entre las tecnologías en uso destacan jumbos de dos y tres brazos, un robot de shotcrete y un equipo de excavación mecanizada tipo Raise Boring.

Esperanza y Chuquicamata

Otro ejemplo: Chuquicamata Subterránea. “Nuestra labor ha sido excavar dos túneles correspondientes a la ampliación subterránea de la mina. Se trata de túneles paralelos  de 5 km de profundidad por 8 m de diámetro, cada uno. Su finalidad es la ventilación con aire fresco para toda la parte nueva de la futura mina interior de Chuqui”, expresa Adolfo Sicilia. Agrega que los ductos poseen pendientes superiores al 14% y se conectan con tres galerías de 27 m cada una y sección 7,65 x 5,60 m2.

En cuanto a las tecnologías empeladas, el country manager de OSSA destaca el alto nivel de mecanización de las tareas, mediante jumbos (XE3C), paraguas de micropilotes y robots para shotcrete. A ello se suman palas cargadoras y dumpers, entre otras, de bajo perfil. En cuanto a los elementos de sostenimientos empleados serán: hormigón proyectado, bulones de resina de 3, 4 y 6 m de longitud, mallazo 150 x 150 x 7,5 mm, cerchas TH-21, TH-36 y HEB-200, paraguas marchiavanti.

Jumbo XE3C

Otra desafío reciente de OSSA consistió en un túnel en Mina Esperanza, que por su longitud no llamaría demasiado la atención. Sin embargo, los 71 m del ducto se excavaron bajo una pila de lixiviación, con gravas limosas y arena, bajo presupuestos particularmente rigurosos.

Esta obra realizada el año pasado “se enmarcaba en la ampliación de la capacidad de procesamiento del yacimiento, de 80 mil a 100 mil ton/día, con la dificultad de que no se debía parar la producción de cobre. La única forma de no parar era hacer un túnel para conectar con la faja existente y poner una faja nueva”.

Sicilia agrega que para lograr este objetivo “tuvimos que cavar debajo del stock pile, un relleno antrópico parecido a grava suelta, con la misma cohesión que puede tener un vertedero, lo que implica el riesgo permanente de derrumbe”.

La clave para salvar este obstáculo, revela el ejecutivo de OSSA, fue usar “paraguas de sostenimiento pesado de micropilote y cerchas con perfil doble T”. Delante del jumbo de dos brazos encargado de la remoción, “también se adoptaron refuerzos para asegurar la estabilidad del frente, con el fin de evitar que se viniera el material hacia nosotros”, precisa Adolfo Sicilia.

Innovar bajo tierra

La empresa constructora Joy Global ha concentrado sus operaciones en el sector minero, construyendo y operando minas subterráneas con un sello basado en la innovación de sus técnicas y equipos.

“Estamos trabajando con nuestros equipos LHD de manera de dotarlos de tecnología de automatización y teleoperación”, resalta el Marco Antonio Araya, Underground Mining Manager de la compañía.

Ejemplo de ello es la utilización de su estructura de Smart Services para monitoreo remoto, sistema “fly by wire” para implementación  de automatización y sistema de visión 360°”. Junto a ello, han logrado la automatización de maquinarias claves como el balde de las palas, con operación remota y otras aplicaciones.

Además, muy pronto Joy Global lanzará al mercado minero un equipo LHD con un consumo de combustible significativamente más bajo que el de sus competidores, lo que impactará no sólo en los costos sino también en las emisiones al interior de la mina.

Ver a través de la roca

En el proceso de análisis geológico de los yacimientos, durante su construcción y explotación, cobran importancia las tecnologías y servicios de apoyo en los ámbitos de topografía, sistemas GNSS, escáner láser y mapping.

Un representante de este rubro es la empresa Geocom, que ofrece al mundo minero sistemas de marcas como Trimble, Reigl y Renishaw, especializadas en escáneres láser y medición en 3D. “Las herramientas de escáner laser han avanzado en desarrollo tecnológico y están presentes en diversos tipos de aplicaciones, entregando una representación espacial en 3D muy detallada y con altos niveles de precisión de diversas superficies y formas”, expone David Santos, Gerente de Desarrollo de la División Escáner Láser de Geocom.

Scanner VS-150 MK3

Argumenta que esta tecnología va de la mano con los procesos de producción en faenas subterráneas, incluyendo ingeniería de anteproyectos, cuantificación de material extraído, control de deformaciones, monitoreo de estructuras, identificación de cavidades y riesgos asociados a la disposición del macizo rocoso.

“La evaluación espacial se ha convertido en una variable indispensable para establecer criterios de seguridad, lineamientos de  ejecución de labores y reducir el tiempo y riesgo en la captura de esta información”, indica Santos.

Por ejemplo, el Renishaw VS-150 MK3 es un escáner láser que permite ser ingresado en sectores de difícil acceso o de alto peligro, mediante barras extensibles. Una vez ubicado dentro de la zona de riesgo y mediante un computador robusto de alto desempeño, permite realizar el levantamiento en 3D del sector, permitiendo ser visualizado en tiempo real en pantalla, para poder discutir, evaluar y proponer medidas de control sobre el área de estudio.

Texto basado en artículo del mismo autor publicado en
Revista Ingenieros del Cobre de abril de 2015.